(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応器（１）の長手方向に相互に平行に配列されていてそれらの両端の各々で管板（３）内に溶接されている多数の触媒管（２）内に用意されている固体触媒の存在下での一酸化炭素および塩素の気相反応によりホスゲンを調製するための円筒形反応器（１）であって、
触媒管（２）の上端における出発材料の導入および触媒管（２）の下端におけるガス状反応混合物の放出を、いずれの場合にも１つのキャップを経由して、およびさらにシェル内の触媒管（２）間の空間（４）における液体伝熱媒体（７）用の導入及び放出設備を用いて行い、ここで前記シェル内の触媒管（２）間の空間（４）内の伝熱媒体（７）の流動は偏向板（５）の結果として蛇行しており、
各交互偏向板（５）は前記反応器の内壁において対向する両側に円の部分形状を有する２つの開口部（６）を空け、これにより管面内では結果として触媒管（２）が束になり円弧の形状の側面境界を生成し、それにすぐ続く偏向板は、それぞれ反応器直径に対して平行で等距離である２本の直線によって画定される１つの中央開口部（１１）を空け、反応器（１）は円の部分形状を有する開口部（６）の領域内および中央開口部（１１）の領域内には管を有しておらず、
反応器（１）の長手方向に相互に平行に配列されている多数の触媒管（２）は、反応器直径に沿って両側へ伸長する触媒管（２）の無い領域によって相互に分離されている同一で複数の触媒管（２）の２つの束として配列されており、
各反応器横断面における伝熱媒体（７）の流動方向において最初の触媒管から最後の触媒管（２）までの評価において、触媒管（２）と伝熱媒体（７）との界面での伝熱係数が、前記管面内において触媒管の束の側面境界を円の弦から円弧への変化させたことにより触媒管（２）の配列が変化して相互に適応することによって、各反応器横断面における伝熱媒体（７）の流路毎に各反応器横断面にわたって一様化されている円筒形反応器。
【請求項２】
同一で複数の触媒管（２）の前記２つの束の各々がさらに同一で複数の触媒管（２）の２つの束に分けられることで、触媒管（２）の計４つの束が存在し、
該４つの束は、相互に直交する反応器（１）の直径の両側に伸長し、触媒管（２）の無い２つの領域によって相互に分離されている請求項１に記載の反応器（１）。
【請求項３】
各反応器横断面内において伝熱媒体（７）の流動方向における最初の触媒管から最後の触媒管（２）までの評価で、各反応器横断面内における伝熱媒体（７）の流路が、ダミー管（８）の据え付けによってさらに相互に適応する請求項１または２に記載の反応器（１）。
【請求項４】
固体触媒の存在下での一酸化炭素および塩素の気相反応によりホスゲンを調製するための方法であって、
反応器（１）の長手方向に相互に平行に配列されていてそれらの両端の各々で管板（３）内に溶接されている多数の触媒管（２）内に前記固体触媒を含む円筒形反応器（１）において、触媒管（２）の上端における出発材料の導入および前記触媒管（２）の下端におけるガス状反応混合物の放出を、いずれの場合にも１つのキャップを経由して、およびさらにシェル内の触媒管（２）間の空間（４）における液体伝熱媒体（７）用の導入及び放出設備を用いて行い、ここで前記シェル内の触媒管（２）間の空間（４）内の伝熱媒体（７）の流動は偏向板（５）の結果として蛇行しており、
各交互偏向板（５）は前記反応器の内壁において対向する両側に円の部分形状を有する２つの開口部（６）を空け、これにより管面内では結果として触媒管（２）が束になり円弧の形状の側面境界を生成し、それにすぐ続く偏向板は、それぞれ反応器直径に対して平行で等距離である２本の直線によって画定される１つの中央開口部（１１）を空け、反応器（１）は円の部分形状を有する開口部（６）の領域内および中央開口部（１１）の領域内には管を有しておらず、
反応器（１）の長手方向に相互に平行に配列されている多数の触媒管（２）は、反応器直径に沿って両側へ伸長する触媒管（２）の無い領域によって相互に分離されている同一で複数の触媒管（２）の２つの束として配列されており、
ならびに各反応器横断面における伝熱媒体（７）の流動方向において最初の触媒管から最後の触媒管（２）までの評価において、触媒管（２）と伝熱媒体（７）との界面での伝熱係数が、前記管面内において触媒管の束の側面境界を円の弦から円弧への変化させたことにより触媒管（２）の配列が変化して相互に適応することによって、各反応器横断面における伝熱媒体（７）の流路毎に各反応器横断面にわたって一様化される方法。
【請求項５】
同一で複数の触媒管（２）の前記２つの束の各々がさらに同一で複数の触媒管（２）の２つの束に分けられることで、触媒管（２）の計４つの束が存在し、
該４つの束は、相互に直交する反応器（１）の直径の両側に伸長し、触媒管（２）の無い２つの領域によって相互に分離されている請求項４に記載の方法。
【請求項６】
各反応器横断面内において伝熱媒体（７）の流動方向における最初の触媒管から最後の触媒管（２）までの評価で、各反応器横断面内における伝熱媒体（７）の流路が、ダミー管の据え付けによってさらに相互に適応する請求項４または５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体触媒の存在下での一酸化炭素および塩素の気相反応によってホスゲンを調製するための反応器および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホスゲンは、固体触媒、好ましくは活性炭の存在下での一酸化炭素および塩素の触媒気相反応において工業的に調製される。この反応は強度に発熱性であり、生成エンタルピーは−１０７．６ｋＪ／ｍｏｌである。この反応は一般に、Ｕｌｌｍａｎｎｓ  Ｅｎｚｙｋｌｏｐａｅｄｉｅ  ｄｅｒ  ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｎ  Ｃｈｅｍｉｅ，ｖｏｌ．Ａ１９の第４１３〜４１４頁に記載された方法を使用してシェルアンドチューブ（ｓｈｅｌｌ−ａｎｄ−ｔｕｂｅ）反応器内で実施される。この文献によると、３〜５ｍｍの範囲内の粒径を有する粒子状触媒が５０〜７０ｍｍの内径を有する管内で使用される。この反応は４０〜５０℃で始まり、管内の温度は約５８０℃へ上昇し、その後は再び低下する。一酸化炭素は、全塩素を反応させ、塩素を含有しないホスゲンを入手することを保証するために、わずかに過剰で使用される。この反応は、冷却水によってホスゲンを凝縮できるように、大気圧下または超大気圧下、多くの場合２〜５ｂａｒで実施できる。
【０００３】
ホスゲンは、化学のほぼ全部門において中間体および最終生成物の調製における重要な助剤である。量に関する最大の使用分野は、ポリウレタン化学のためのジイソシアネート類、特にトリレンジイソシアネートおよび４，４−ジイソシアナトジフェニルメタンの調製である。
【０００４】
触媒管の間を循環する伝熱媒体による反応熱をより良好に除去するために、触媒管間には、伝熱媒体が触媒管を横断して流動するのを誘導するために偏向板が据え付けられる。
【０００５】
ホスゲンを調製するための公知のシェルアンドチューブ反応器は、反応器内部の空間の最大活用を達成するために管の完全装備を有する。公知のシェルアンドチューブ反応器は、触媒管の間に比較的短く保持される偏向板を有している、つまり偏向板は偏向領域内で反応器の内壁にまで届いておらず、その代わりに、伝熱媒体が経験する圧力損失、および伝熱媒体用の循環ポンプのための操業コストを制限するために、全反応器横断面の約２５〜３０％の比率を空いた状態にする。偏向領域では、触媒管の周囲の伝熱媒体の流動プロファイルは、管への横断流から管に沿った縦断流に変化する。触媒管は余り効率的には冷却されず、その結果として偏向領域における触媒管上では腐食問題が発生する。
【０００６】
国際公開第０３／０７２２３７号は、ホスゲンを調製するための改良された反応器であって、偏向領域内での触媒管についての腐食問題を回避することによって、増加した比横断面負荷およびより高い容量を可能にする反応器について記載している。このために、国際公開第０３／０７２２３７号は、該反応器の長手方向に相互に平行に配列されており、該反応器の両端の各々でキャップを用いて管板（ｔｕｂｅ  ｐｌａｔｅ）の両端で固定されている触媒管の束、ならびに該触媒管間の中間空間内で該反応器の長手方向に垂直に配列されていて該反応器の内壁の交互の反対側では開口部を空けている偏向板を有する反応器であって、このとき該触媒管には固体触媒が充填され、気体状反応混合物は該触媒管を該反応器の一端からキャップを経由して通過させられ、該反応器の反対側の端部から第２キャップを経由して排出され、液体伝熱媒体は該触媒管の周囲の中間空間を通過させられ、およびこのとき該反応器は該開口部の領域内では管を有していない反応器を提案している。
【０００７】
しかし、相当に大きな直径、特に約３．５０ｍより大きい反応器直径を有する反応器では、反応器直径が増加するにつれて、反応器の内壁にある１つの開口部から反応器の内壁にある反対側の開口部への反応器横断面の上方でシェル内の空間内を流動する伝熱媒体が経験する圧力損失は、過度に大きくなることが見いだされている。さらに、触媒管の外壁と製造目的のために存在する偏向板との間の間隙にわたる伝熱媒体の損失および圧力損失もまた過度に大きくなる。これに対応して、伝熱媒体用のポンプの経費もまた過度に大きくなる。
【０００８】
さらに、反応器の内壁にある２つの対向する開口部間の反応器横断面にわたる大きな圧力損失は、触媒管と伝熱媒体との界面での伝熱係数におけるより大きな差を引き起こし、その結果として反応器横断面内での良好な伝熱を有する領域と不良な伝熱を有する領域との間で１：２の係数が発生する可能性がある。その結果、不良な伝熱を有する領域内の触媒管は余り良好には冷却されない。しかし触媒管は、使用される材料、特に二相鋼に依存して、多くの場合約１６０〜２００℃、特に１７０〜１８０℃の範囲内の、さもなければ材料の腐食が大きく増加するために越えられてはならない最大作動温度を有するので、不良な伝熱を有する領域は、スループット、および反応器の容量を制限する。
【０００９】
２．５ｍ〜６ｍという極めて大きな直径を有するホスゲン反応器の場合、偏向板と触媒管との間の間隙を通るバイパス流に起因する伝熱媒体の損失および圧力損失は極めて大きくなることが多いので、反応器の中央領域内の内部の管の周囲の流動はもはや十分ではなくなり、このためこれらの管はもはや十分には冷却されず、そのため腐食の危険性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第０３／０７２２３７号
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｕｌｌｍａｎｎｓ  Ｅｎｚｙｋｌｏｐａｅｄｉｅ  ｄｅｒ  ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｎ  Ｃｈｅｍｉｅ，ｖｏｌ．Ａ  １９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで本発明の課題は、工業規模でホスゲンを調製するための方法、および高いホスゲン装填量で作動できる反応器であって、それでもなお前記反応器の中央領域内の触媒管さえの十分な冷却を保証する反応器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この課題は、反応器の長手方向に相互に平行に配列されていてそれらの両端の各々で管板内に溶接されている多数の触媒管内に用意されている固体触媒の存在下での一酸化炭素および塩素の気相反応によりホスゲンを調製するための反応器であって、いずれの場合にも１つのキャップを経由して該触媒管の上端での出発材料の導入および該触媒管の下端でのガス状反応混合物の放出、およびさらにシェル内の触媒管間の空間内の液体伝熱媒体のための導入および放出設備を用いて、ここで該シェル内の触媒管間の空間内の該伝熱媒体の流動は偏向板の結果として蛇行しており、各交互偏向板は該反応器の内壁の反対側で円の１区間の形状を有する２つの開口部を空けており、それにすぐ続く偏向板は相互および反応器直径に対して平行で等距離である２本の直線によって境界される１つの中央開口部を空けており、該反応器は円の１区間の形状を有する該開口部の領域内および該中央開口部の領域内には管を有しておらず、このとき該反応器の長手方向に相互に平行に配列されている多数の該触媒管は、触媒管を有していない、反応器直径に沿って両側へ伸長する領域によって相互から分離されている同一触媒管の２つの束に配列されており、該触媒管と該伝熱媒体との界面での伝熱係数は、該触媒管の変化した配列によって相互に適応させられる該伝熱媒体の流動方向においていずれの場合にも最初の触媒管から最後の触媒管までを測定すると、各反応器横断面における該伝熱媒体の流路毎に各反応器横断面にわたって均等化される反応器によって解決される。
【００１４】
好ましい実施形態では、同一触媒管の２つの束の各々がさらに同一触媒管の２つの束に分けられるので、触媒管を有していない、該反応器の相互に垂直な直径の両側に伸長する２つの領域によって相互から分離されている触媒管の計４つの束が存在することになる。ここで、偏向板の形状は、好ましくは管面（ｔｕｂｅ  ｐｌａｎｅ）の形状、つまり反応器横断面にわたる触媒管の配列に適合させられる。触媒管の４つの束各々を取り囲む空間は、好ましくはいずれの場合にも伝熱媒体のための専用の入口および出口を備えている。
【００１５】
さらに好ましい実施形態では、伝熱媒体の流動方向においていずれの場合にも最初の触媒管から最後の触媒管までを測定して、各反応器横断面内の伝熱媒体の流路は、ダミー管の据え付けによってさらに相互に適応させられる。
【００１６】
偏向板を有していない、およびこのためそれを通って伝熱媒体が大きく妨害されることなく循環できる領域によって分離されている２つもしくは４つの同一領域への触媒管の束の区分化は、触媒管上への伝熱媒体の流動のさらなる改良および各反応器横断面にわたる伝熱係数αのさらなる均等化を達成することを可能にすることが見いだされている。このことはいっそう大きな直径およびいっそう多量のホスゲン装填量を有するホスゲン反応器が、問題を生じることなく、そして触媒管腐食を発生せずに作動することを可能にする。
【００１７】
伝熱媒体が反応器横断面内の２枚の偏向板間の反応器の外側空間内において、いずれの場合にも反応器の内壁で一方の管を有していない領域（開口部）から反対側の管を有していない領域へ流動するために、圧力損失は伝熱媒体の全流路について同一である。
【００１８】
圧力損失Δｐは、以下の方程式：
【００１９】
【数１】
0005373110.tif 000002
（式中、Δｐは圧力損失（パスカル）、ζ1およびζ2は無次元圧力損失係数、ｌは流路の長さ（ｍ）、ｄRは触媒管の直径（ｍ）（特性パラメータ）、ρは密度（ｋｇ／ｍ3）、ｖは速度（ｍ／ｓ）、ならびにηは粘度（Ｐａ・ｓ）である）によって説明することができる。
【００２０】
上記の式では、第１項は粘度に比例する圧力損失の層流成分に対応し、第２項は速度の二乗に比例する乱流成分に対応する。
【００２１】
各流路についての圧力損失は同一であるので、他の点では変わらない条件下、特に同一の管の分布下では、反応器の内壁での流路に比較して円の弦の形状にある触媒管の束の相互に逆の境界を備える先行技術による反応器の管面の中央部で発生するようなより短い流路については、伝熱媒体の速度は、圧力損失についての上記の式に従うと相応してより大きくなる。伝熱係数αは出力０．８までは速度とほぼ正比例するので、反応器の中央部にある短い流路に比較して反応器の内壁でのより長い流路については、伝熱媒体のより低い流速およびしたがってより低い伝熱係数、すなわちより不良な伝熱が生じる。
【００２２】
本発明による反応器は円筒形であり、好ましくは０．５〜８ｍ、より好ましくは２．５〜６ｍ、特に３．５〜６ｍの内径を有する。
【００２３】
反応器内には、１つの束、すなわち該反応器の長手方向に相互に平行に配列された多数の触媒管が存在する。
【００２４】
触媒管の数は、好ましくは１００〜１０，０００本の範囲内、特に２，０００〜６，０００本である。
【００２５】
触媒管は、耐食性材料、例えばステンレス鋼、好ましくは二相鋼１．４４６２、ステンレス鋼１．４５７１もしくはステンレス鋼１．４５４１またはニッケル基合金もしくはニッケルから作製される。管板または反応器全体もまた、好ましくは上述の材料、特に二相鋼またはステンレス鋼から作製される。
【００２６】
各触媒管は、好ましくは２．０〜４．０ｍｍの範囲内、特に２．５〜３．０ｍｍの肉厚、および２０〜９０ｍｍの範囲内、好ましくは３０〜５０ｍｍの範囲内の管内径を有する。
【００２７】
触媒管は、好ましくは１．５〜６．０ｍの範囲内、特に２．５〜４．５ｍの範囲内にある長さを有する。
【００２８】
触媒管は、好ましくは、直接隣接する触媒管の中点距離対触媒管の外径の比率が１．１５〜１．４の範囲内、好ましくは１．２〜１．３の範囲内にあり、触媒管が反応器内で三角形配列されるように反応器の内部に配列される。
【００２９】
触媒管は、両端で管板に液密法で固定、好ましくは溶接される。管板も、同様に耐食性材料、好ましくはステンレス鋼、特に二相鋼、特に好ましくは触媒管と同一の材料を含んでいる。
【００３０】
反応器の両端は、キャップによって外部から境界されている。反応混合物は、触媒管内へ一方のキャップを通して供給され、生成物流は反応器の他方の端部にあるキャップを経由して排出される。
【００３１】
キャップ内には、例えば板、特に多孔板の形状にある、ガス流を均等化するためのガス分配器が好ましくは配列される。
【００３２】
触媒管間の中間空間内には、反応器の長手方向に垂直に偏向板が配列される。
【００３３】
偏向板は、各偏向板が相互に反対側に位置して円の１区間の形状を有する２つの切り欠きを有し、次の偏向板は相互および反応器直径に平行で該反応器直径から等距離にある２本の直線によって境界された反応器の中央領域内に１つの開口部を有するように構成される。
【００３４】
好ましい実施形態では、偏向板は２つの中央開口部を有する。
【００３５】
偏向板は反応器の内部において触媒管間の中間空間内を循環する伝熱媒体を偏向させるので、伝熱媒体は、熱除去が改良される結果として、触媒管を横断するように流動する。
【００３６】
偏向板の数は、好ましくは約６〜２１枚である。
【００３７】
偏向板は、好ましくは相互に等距離にあるが、一番下と一番上の偏向板は各々が２枚の連続する偏向板間の距離より好ましくは約１．５倍管板から遠くに離れていることが特に好ましい。
【００３８】
本反応器には、開口部の領域内には管がない、すなわちこの領域には本質的に触媒管がない。１つの実施形態では、個々の触媒管を偏向領域の開口部に配列することができる。
【００３９】
また別の実施形態では、開口部には完全に触媒管が存在しない。
【００４０】
全ての偏向板が同一開口部を空けておくことが好ましい。
【００４１】
各開口部の面積は、反応器横断面の好ましくは５〜２０％、特に８〜１４％である。
【００４２】
中央の管のない領域の総面積または反応器横断面内で相互に垂直に配置された２つの中央の管のない領域の面積の合計は、好ましくは、１つまたは２つの中央の管のない領域を通る伝熱媒体の軸方向流速が約０．２５〜２．０ｍ／ｓ、好ましくは約０．５〜１．５ｍ／ｓであるように決められる。
【００４３】
偏向板は、好ましくは触媒管の周囲でシールを形成せず、伝熱媒体の総流量の４０容積％までの漏れ流れを許容する。このため、触媒管と偏向板との間には０．１〜０．６ｍｍ、好ましくは０．２〜０．４ｍｍの範囲内の間隙が提供される。
【００４４】
偏向板は、内壁で追加の漏れ流れが発生しないように、開口部の領域を除いて反応器の内壁に対して液密に作製することが有益である。
【００４５】
偏向板は、好ましくは耐食性材料、好ましくはステンレス鋼、特に二相鋼から、好ましくは８〜３０ｍｍ、好ましくは１０〜２０ｍｍの厚さで作製される。偏向板の材料は、触媒管の材料と電気化学的に適合性でなければならない。
【００４６】
触媒管には、固体触媒、好ましくは活性炭が充填される。触媒管内の触媒床は、好ましくは０．３３〜０．５、特に０．３３〜０．４０の空隙容量を有する。
【００４７】
本発明によると、文献の国際公開第０３／０７２２３７号に記載された上述の触媒管の配列を出発点として、触媒管の配列は、管面内の触媒管の束の側面境界を円の弦から円弧へ変化させることによって修正される。この方法で、伝熱媒体の最長流路上の触媒管の数は、先行技術による反応器と比較して、反応器の内壁では最大限に減少させられ、これに対応して反応器の中央部では増加させられる。本発明による触媒管の配列内では触媒管の束の側面境界が円弧形状に精密に対応することは必要ではなく、好ましいのはそれらが円弧形状に近似することだけである。
【００４８】
特に、触媒管の束の側面境界は、いずれの場合にも円弧内に内在する折れ線へいずれの場合にも変化させることができる。
【００４９】
また別の実施形態では、触媒管と伝熱媒体との界面での伝熱係数は、最も不良な伝熱を有する領域内、すなわち伝熱媒体の最長流路を有する反応器の内壁に近い領域内にダミー管を据え付けることによって、またはこの領域から触媒管を取り除くことによって相互に適応させることができる。さらに、比較的不良な伝熱係数を有し、腐食の危険状態にある領域において触媒管を閉鎖することもまた可能である。
【００５０】
さらに別の実施形態では、全反応器横断面にわたる伝熱係数のいっそうの均等化を達成するために、流動妨害性内部構造物、例えば有孔板を、伝熱媒体の流路が最短であり、このため伝熱係数が最大である該反応器の内部領域内に提供することができる。
【００５１】
特に、各反応器横断面内で伝熱媒体の流路を均等化するための触媒管の配列の変化は、以下のアルゴリズムによって実行することができる：
−  管面、すなわち反応器横断面内の触媒管の配列が最初に描出されるが、このとき該管面内の触媒管の束の２つの対向する側面境界は円の弦であり、該管面内の伝熱媒体の主要流動方向はｙ座標として指定され、反応器横断面の該管面内のそれに直角にある座標はｘ座標として指定される；
−  管面は、引き続いて円の弦に平行で相互から等距離にあるｎ本の直線に分けられる；
−  ｎ本の直線の各々はそこで自然数ｉ（ｉ＝１〜ｍ）でナンバリングされるｍ個の等距離点に分けられ、最も外側の点、つまり点ｉ＝１および点ｉ＝ｍである点は、各々管面の外側縁、つまり該反応器の壁に位置する；
−  直線上のｉ番目の点は、流路を提供するために相互に接合されるが、いずれの場合にもその長さは以下の繰り返し工程によって適応させられる：
（１）最長流路ｉmaxおよび最短流路ｉminを決定する；２つ以上の最長もしくは最短流路が存在する場合は、無作為に選択する、
（２）最長および最短流路の流路の長さの差、つまり流路長の不均等を決定する；流路長の不均等が流路長の平均値の１％未満である場合は（８）に進む；
（３）最長流路ｉmaxを、２つの最も外側の点、つまりこの流路上の最初の点とｎ番目の直線上の点のｙ座標を一様に減少させ、引き続いてその間に位置する点を等距離で再分配することによって不均等性の２５％短縮する；
（４）最短流路を、管面の面積、つまり２本の円の弦と該反応器のシェルによって境界された面積が以前の繰り返しに比較して変化しないように類似して伸長させる；
（５）最も外側の流路（ｉ＝１およびｉ＝ｍ）ではない流路の場合は、ｘ座標はこれらの点のｙ座標におけるこの変化中に変化させない；
（６）２本の外側曲線の１本の場合には、ｘ座標は、点が反応器シェル上に存在し続けるような方法で変化させる；１つの点をｘ方向に移動させることが必要な場合は、線ｉ＝ｎ上の全部の点をそれらが同様に相互から等距離にあるように移動させる；
（７）（１）へ戻る；
（８）繰り返しの終了．
【００５２】
上記のアルゴリズムでは、反応器の内壁上で相互に反対側の開口部間の、本明細書ではｙ座標と指定される反応器横断面の平面内での伝熱媒体の主要流動方向だけが考察されている。この概論は、触媒管の変化した配列を突き止めるための根拠としては一般的に十分である。
【００５３】
しかし、伝熱媒体の流路についてより精密に考察する場合は、反応器横断面の平面内における上記の流動方向に垂直な流動方向が考慮に入れられなければならず、本明細書ではｘ座標と指定される。
【００５４】
反応器横断面を越えるｙ座標に沿った主要流動方向しか考慮に入れられない場合は、触媒管の配列は、各反応器横断面内の最初の触媒管から最後の触媒管への流路がいずれの場合にも同一であるような方法で変化させられなければならない。
【００５５】
しかし、ｘ方向の流動を均等化するためにはｘ座標に沿った伝熱媒体の流動もまた有益にも考慮に入れられるので、触媒管の配列は、反応器の内壁での伝熱媒体の流路が中心軸に沿って２５％まで短くなるように適合させられなければならない。
【００５６】
国際公開第０３／０７２２３７号に対応する先行技術による反応器に比較して流路が全体的に短縮される結果として、本発明による触媒管の配列によって、伝熱媒体の圧力損失は、伝熱媒体の速度が同一の場合は全体として小さくなる。これに相応して、偏向板と触媒管との間隙を通る伝熱媒体のバイパス流もまた低くなり、循環させなければならない伝熱媒体の量も少なくなる。
【００５７】
本発明は、固体触媒の存在下での一酸化炭素および塩素の気相反応によりホスゲンを調製するための反応器であって、該反応器の長手方向に相互に平行に配列されていてそれらの両端の各々で管板内に溶接されている多数の触媒管内に該固体触媒を含む反応器内で、いずれの場合にも１つのキャップを経由する該触媒管の上端での出発材料の導入および該触媒管の下端でのガス状反応混合物の放出、およびさらにシェル内の触媒管間の空間内の液体伝熱媒体のための導入および放出設備を用いて、ここで該シェル内の触媒管間の空間内の該伝熱媒体の流動は偏向板の結果として蛇行しており、各交互偏向板は該反応器の内壁の反対側で円の１区間の形状を有する２つの開口部を空けており、それにすぐ続く偏向板は相互および反応器直径に対して平行で等距離である２本の直線によって境界される１つの中央開口部を空けており、該反応器は円の１区間の形状を有する該開口部の領域内および該中央開口部の領域内には管を有しておらず、このとき該反応器の長手方向に相互に平行に配列されている多数の該触媒管は、触媒管を有していない領域によって相互から分離されている同一触媒管の２つの束に配列されており、ならびに該触媒管と該伝熱媒体との界面での伝熱係数は、該触媒管の変化した配列によって相互に適応させられる該伝熱媒体の流動方向においていずれの場合にも最初の触媒管から最後の触媒管までを測定すると、各反応器横断面における該伝熱媒体の流路毎に各反応器横断面にわたって均等化される反応器をさらに提供する。
【００５８】
好ましいのは、同一触媒管の２つの束は各々がさらに同一触媒管の２つの束に分けられるので、触媒管を有していない、反応器の相互に垂直な直径の両側に伸長する２つの領域によって相互から分離されている触媒管の計４つの束が存在する方法である。
【００５９】
伝熱媒体の流動方向においていずれの場合にも最初の触媒管から最後の触媒管までを測定して、各反応器横断面内の伝熱媒体の流路は、好ましくはダミー管の据え付けによって相互にさらに適応させることができる。
【００６０】
本発明による反応器の構成の結果として、触媒管を２または４つの束に分割すると、反応器の内壁に沿った流路は、管面内で円の弦が円弧に変化させられる触媒管の変化した配列に起因して、該反応器の中心軸に沿った流路に比較して１５％以上短くなる。
【００６１】
本発明による触媒管の配列は、各反応器横断面内の伝熱係数α間の偏差を国際公開第０３／０７２２３７号に対応する先行技術による反応器の場合の約１３〜２０％という初期値からたった８〜１０％の差にまで減少させることを可能にする。
【００６２】
以下では、実施例および図面を用いて本発明について具体的に説明する。
【実施例】
【００６３】
ホスゲンを図１および図１Ａに略図で示した工業用反応器内で調製したが、先行技術による実施例では、触媒管は、管面が相互に反対側に位置する円の弦の形状にある２つの境界を有するように配列された、または本発明による実施例では、管面内の触媒管の配列は、相互に反対側の側面境界が円の弦から折れ線に変化させられ、および追加して反応器の中央領域内に触媒管および偏向板が存在しないように変更された。
【００６４】
触媒管の２つの束を有する本発明による反応器の場合は、伝熱媒体であるモノクロロベンゼンのための２つの入口および２つの出口が必要とされる。反応混合物は、上方から下方へ垂直触媒管を通って運ばれ、伝熱媒体であるモノクロロベンゼンはそれと並流で、つまり該反応器の上部領域内から導入されて該反応器の下部領域内で放出され、該触媒管の周囲のシェル内の空間を通って蛇行して流れる、または反応混合物に対して向流で該反応器の下部領域内から導入され、該触媒管の周囲のシェル内の空間を蛇行して流動し、該反応器の上部領域内から放出されるように運ぶことができる。
【００６５】
いずれの場合にも各々が４４．５ｍｍの管外径、２．６ｍｍの肉厚、３，８００ｍｍの管長、および５５ｍｍの間隔を有する５，２１０本の触媒管は、触媒管をいずれの場合にも正三角形の角に配置して反応器内に配列された。
【００６６】
反応器内には１４枚の偏向板が配列された。
【００６７】
反応混合物、つまり一酸化炭素および塩素は触媒管内で活性炭触媒の上方を通過させられた。モノクロロベンゼンは、伝熱媒体として触媒管間のシェル内の空間を通過させられたが、このとき冷却剤流速は３，５００ｔ／ｈ、モノクロロベンゼンの入口温度は６７℃であり、モノクロロベンゼンの出口温度は、先行技術の実施例および先行技術と同一ホスゲン装填量を用いる本発明の実施例１については７８℃であり、ホスゲン装填量を増加させた実施例２については８１℃であった。
【００６８】
一酸化炭素は、反応混合物の総重量に基づいて３．５重量％過剰で使用された。反応混合物の入口温度は４０℃、入口圧は４．８ｂａｒ（絶対値）であり、ホスゲン供給速度は先行技術の実施例および本発明の実施例１については４８ｔ／ｈであり、本発明の実施例２については６２．４ｔ／ｈであった。
【００６９】
比較例の場合は、触媒管が適合させられていない配列では、つまり円の弦の形状にある２つの対向する境界を有する管面を用いると、１，２９０Ｗ／ｍ2／Ｋという最悪の伝熱係数αが達成された。ホスゲン２．１１ｋｇ／ｍ2／ｓのホスゲン装填量では、これは触媒管の内壁の１５４℃という最高温度をもたらした。
【００７０】
本発明による触媒管の適合させられた配列の結果として、すなわち、管面が円の弦の形状にある２つの対向する側面境界からいずれの場合にも折れ線に変化させられ、追加して中央領域に管が存在しないようにし、いずれの場合にも図１に示した断面図で図に一致する寸法を用いると、最悪伝熱係数αは、他の点では変わらない条件下では１，５３７Ｗ／ｍ2／Ｋに増加し得る。触媒管の内壁の最高温度は、その結果として１４７℃に過ぎなかった。
【００７１】
このため本発明による実施例２では、ホスゲン装填量が触媒管の内壁の最高温度が先行技術による反応器の場合に到達した１５４℃になるまで増加させられた。触媒管の内壁の１５４℃のこの最高温度には、本発明によるホスゲン反応器の場合にはホスゲン２．７４ｋｇ／ｍ2／ｓのホスゲン装填量で達したが、これは先行技術による反応器に比較して３０％の容量増加に相応した。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】触媒管の適合させられた配列を備える、本発明による反応器の１つの実施形態の横断面図である。
【図１Ａ】該反応器を通る縦断面である。
【図２】本発明による反応器の１つの実施形態を通る断面図である。
【図２Ａ】平面Ｂ−Ｂの横断面である。
【発明を実施するための形態】
【００７３】
図１の反応器１を通る横断面は、本発明による反応器の１つの実施形態のための管面を示しており、該反応器の内壁にある相互に反対の開口部６での管面の側面境界は円の弦から折れ線に変化させられている。さらに、反応器の中央領域内には、平行に走り、先行技術による管面を境界する弦９に平行に走る反応器直径の両側から等距離にある２本の直線によって境界されており、同様に管が存在しない中央開口部１１が用意されている。
【００７４】
図１Ａに示した反応器１を通る縦断面は、反応器の内壁にある開口部６および中央開口部１１とともに偏向板５の配列を示している。
【００７５】
図２は、それらの両端の各々で管板３内へ溶接されている平行な触媒管２の２つの束を備える、本発明による反応器１の１つの実施形態を通る縦断面を示している。伝熱媒体７は触媒管２の周囲でシェル内の空間を通って流れるが、伝熱媒体７のためには２つの入口および２つの出口が用意されている。伝熱媒体７は、触媒管を上方から下方へ通過する反応混合物と並流で、すなわち反応器の上方領域での導入および下方領域での放出を用いて、または逆に、反応器の下方領域での導入および反応器の上方領域での放出を用いて反応混合物と向流でのいずれかで運ぶことができる。
【００７６】
シェル内の空間を通る伝熱媒体の流動は、反応器の内壁にある円の１区間の形状を有する開口部６および中央開口部１１を空けている偏向板５によって方向付けられる。
【００７７】
図２Ａにおける平面Ｂ−Ｂの断面図には、円の１区間の形状および中央開口部１１における触媒管の非存在を有する開口部６の領域における触媒管の変化した配列を見ることができる。さらに、最も腐食の危険性が高い領域には、ダミー管８が用意されている。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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